DE69805582T2

DE69805582T2 - Quecksilberdampf-Hochdruckentladungslampe

Info

Publication number: DE69805582T2
Application number: DE69805582T
Authority: DE
Inventors: Yoshiki Kitahara; Nobuyosi Takeuti; Takeharu Tsutsumi
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 1997-09-04
Filing date: 1998-08-21
Publication date: 2002-11-21
Anticipated expiration: 2018-08-22
Also published as: EP0901151B1; DE69805582D1; JP3307291B2; US6232720B1; JPH1186796A; EP0901151A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe für die Hinterleuchtung eines optischen Instruments, wie etwa eines Flüssigkristallprojektors oder eines Overheadprojektors.
In jüngster Zeit wurde als Hinterleuchtung für, ein optisches Instrument, wie etwa einen Flüssigkristallprojektor oder einen Overheadprojektor, kombiniert mit einem reflektierenden Spiegel, eine Projektionslichtquelle bekannt, die eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe verwendet, deren kontinuierliche Emission in dem sichtbaren Bereich durch Erhöhen des Dampfdrucks des Quecksilbers während des Leuchtens auf den Bereich von 20 bis 35 MPa gesteigert wird (siehe japanische Patentanmeldung (Tokkai Hei) Nr. 2-148561).
Die erste Anforderung für die für einen Flüssigkristallprojektor oder dergleichen verwendete Hinterleuchtung ist eine hohe Leuchtdichte. In einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe beispielsweise kann der Anforderung hinsichtlich der Leuchtdichte dadurch genügt werden, daß die Lasteingabe pro Längeneinheit der Entladungsröhre (X/L) auf 88 oder darüber eingestellt wird, wobei X (W) die Lampenleistung während des Leuchtens und L (mm) die Entfernung zwischen den Elektroden ist. Bei einer derartigen Lampe beträgt die Leuchtlebensdauer höchstens etwa 4000 Stunden. In jüngster Zeit wird jedoch eine längere Lebensdauer erwünscht, das heißt eine Lebensdauer von 4000 Stunden oder mehr.
Bei optischen Systemen mit UV-Belichtungssystemen werden auch Hochdruckquecksilberdampflampen mit kurzem Lichtbogen verwendet (siehe US-A-4,988,918).
Bei herkömmlichen Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen steigt, da X höher und L kürzer ist, die Lasteingabe pro Längeneinheit des Entladungsbogens (X/L) an, wobei X (W) die Lampenleistung während des Leuchtens und L (mm) die Entfernung zwischen den Elektroden ist. Dadurch steigt die Lichtbogentemperatur an. Wenn die Lampe beispielsweise mit einem X/L von 88 oder darüber ausgelegt ist, steigt die Rohrwandtemperatur des Lichtbogenrohrs während der Leuchtlebensdauer an, weil die Lichtbogentemperatur übermäßig ansteigt. Außerdem dehnt sich das Lichtbogenrohr während der Leuchtlebensdauer allmählich aus, da der Leuchtarbeitsdruck bis zu 10 bis 35 MPa beträgt. Dadurch entstehen Probleme. So ändern sich beispielsweise die optischen Kennlinien der Lampe, und die Lampe wird durch die Ausdehnung des Lichtbogenrohrs beschädigt. Es ist deshalb schwierig, die Lebensdauer von 4000 Stunden oder mehr zu erreichen.
Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe, die eine hohe Leuchtdichte aufweist, die Ausdehnung des Lichtbogenrohrs reduzieren und das durch diese Ausdehnung hervorgerufene Auftreten von Schäden reduzieren und eine Lebensdauer von 4000 Stunden oder mehr erzielen kann.
Zur Lösung der obigen Aufgabe stellt die vorliegende Erfindung eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe bereit, die folgendes umfaßt: ein Lichtbogenrohr, in dem ein Paar Elektroden vorgesehen ist und in dem ein Edelgas als Zündgas, ein Material, aus dem während des Leuchtbetriebs ein freies Halogen erzeugt werden soll, und Quecksilber enthalten sind. Das Lichtbogenrohr genügt der Beziehung X/L ≥ 88, wobei X (W) die Leuchtbetriebsleistung und L (mm) eine Entfernung zwischen den Elektroden ist. Die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe genügt folgendem Ausdruck:
1,2 ≤ φ/(X · 10&supmin;² + 3,2) ≤ 1,6,
wobei φ (mm) der maximale Innendurchmesserbereich des Lichtbogenrohrs von 5,3 mm-9,0 mm ist.
Es wird bevorzugt, daß das Material, aus dem freies Halogen erzeugt wird, mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CH&sub2;Cl&sub2;, CH&sub2;Br&sub2;, CH&sub2;I&sub2;, CH&sub3;Cl, CH&sub3;Br, CH&sub3;I, CHCl&sub3;, CHBr&sub3; und CHI&sub3; ist.
Es wird bevorzugt, daß das freie Halogen bei Leuchtbetrieb in dem Lichtbogenrohr im Bereich von 10&supmin;¹&sup0; bis 10&supmin;³ Mol/cm³ vorliegt.
Es wird bevorzugt, daß das freie Halogen bei Leuchtbetrieb in dem Lichtbogenrohr im Bereich von 10&supmin;&sup7; bis 10&supmin;&sup5; Mol/cm³ vorliegt.
Es wird bevorzugt, daß das freie Halogen mindestens ein freies Halogen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br und I ist.
Es wird bevorzugt, daß das freie Halogen Br ist.
Es wird bevorzugt, daß das seltene Gas Argon ist.
Es wird bevorzugt, daß die Menge an eingeschlossenem Quecksilber im Bereich von 100 bis 350 mg/cm³ auf der Basis des Volumens des Lichtbogenrohrs ist.
Es wird bevorzugt, daß der Dampfdruck des Quecksilbers beim Leuchten im Bereich 10 bis 35 MPa liegt.
In der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe der vorliegenden Erfindung dehnt sich das Lichtbogenrohr bei einer Lichtleistung von 150 W von bis zu 4000 Stunden nicht aus.
In der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe der vorliegenden Erfindung kommt es zu keinem Schaden aufgrund von Ausdehnung des Lichtbogenrohrs bei einer Lichtleistung von 150 W von bis zu 6000 Stunden.
Deshalb kann der Quecksilberdampfdruck während des Leuchtens auf 10 bis 35 MPa gesetzt werden, und es kann ein Emissionsspektrum erhalten werden, in dem die rote, grüne und blaue Komponente ausgeglichen sind. Indem X/L ≥ 88 genügt wird, kann auch eine hohe Leuchtdichte erreicht werden, wobei L die Entfernung zwischen den Elektroden und X die Leuchtleistung ist. Außerdem kann selbst bei übermäßigem Ansteigen der Lichtbogentemperatur der Anstieg der Rohrwandtemperatur des Lichtbogenrohrs und die Ausdehnung und Beschädigung des Lichtbogenrohrs während der Leuchtlebensdauer verhindert werden. Außerdem liegt die Obergrenze von X/L bei etwa 300.
Wie oben beschrieben, weist die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe der vorliegenden Erfindung eine hohe Leuchtdichte auf und kann eine Leuchtlebensdauer von 4000 Stunden oder mehr erzielen.
Fig. 1 ist, teilweise im Schnitt, eine Seitenansicht einer Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht des durch die abwechselnd lang und kurz gestrichelte Linie in Fig. 1 gezeigten Teils; und
Fig. 3 ist eine schematische Ansicht eines Flüssigkristallprojektors, bei dem die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Einsatz kommt.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unten unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben.
Eine Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wie in Fig. 1 gezeigt, weist eine Leuchtbetriebsleistung X (W) von 150 W auf und umfaßt ein aus Quarz hergestelltes Lichtbogenrohr 1 mit einem lichtemittierenden Teil 1a und abdichtenden Teilen 4a und 4b, die kontinuierlich an beiden Enden des lichtemittierenden Teils 1a vorgesehen sind. Bei dem 5 lichtemittierenden Teil 1a betrug der Innendurchmesser φ (mm), wie in Fig. 2 gezeigt, 6,5 mm, und φ/(X · 10&supmin; ² + 3,2) betrug 1,4.
In dem Lichtbogenrohr 1 ist ein Paar Wolframelektroden 2a und 2b vorgesehen, wobei die Entfernung zwischen den Elektroden, wie in Fig. 2 gezeigt, 1,5 mm betrug, so daß X/L 100 betrug. Außerdem war in dem Lichtbogenrohr 1 Quecksilber 3 mit einer Dichte von 200 mg/cm³ enthalten, ein Argongas als zündendes Edelgas war bei 100 hPa enthalten, und CH&sub2;Br&sub2; als Material, aus dem während des Leuchtbetriebs ein Halogen freigesetzt werden sollte, war mit einer Dichte von 1 · 10&supmin;&sup7; Mol/cm³ enthalten.
CH&sub2;Br&sub2; zersetzte sich während des Leuchtbetriebs der Lampe, so daß Br in dem Lichtbogenrohr 1 mit einer Dichte von 2 · 10&supmin;&sup7; Mol/cm³ vorlag. Außerdem waren in die abdichtenden Teile 4a und 4b mit den Elektroden 2a und 2b verbundene Metallfolien 5a und 5b aus Molybdän hermetisch eingeschmolzen, so daß sich die Elektroden 2a und 2b in dem lichtemittierenden Teil 1a befanden. Ein Ende der äußeren Leitungen 6a und 6b war mit den Metallfolien 5a beziehungsweise 5b verbunden, und das andere Ende der äußeren Leitungen 6a und 6b war jeweils aus dem Lichtbogenrohr 1 herausgeführt.
Zehn der Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen in dieser Ausführungsform (im weiteren als die Gegenstände der vorliegenden Erfindung bezeichnet) wurden bei einer Lichtbetriebsleistung von 150 W einem Test der Leuchtlebensdauer unterzogen. Als Ergebnis dehnten sich die Lichtbogenrohre bei bis zu 4000 Stunden kaum aus, und es kam selbst nach 6000 Stunden zu keinen Schäden aufgrund der Ausdehnung der Lichtbogenrohre.
Als nächstes wurde das Vorliegen oder Fehlen von Schäden an Lichtbogenrohren in den Gegenständen der vorliegenden Erfindung mit verschiedenen Werten von X, L und φ (Proben 1 bis 5) gemessen. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Jeweils 10 dieser Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen wurden einem Test der Leuchtlebensdauer unterzogen. TABELLE 1
Anmerkung:
*1) X ist die Leuchtbetriebsleistung (Watt)
*2) L ist die Entfernung zwischen den Elektroden (mm).
*3) φ ist der Innendurchmesser des Lichtbogenrohrs.
*4) P ist φ/(X · 10&supmin;² + 3,2).
*5) Hinsichtlich der Ausgangseigenschaften wurden das Emissionsspektrum und der Gesamtlichtfluß durch die integrierende Kugel gemessen, und die Ausgewogenheit der roten, grünen und blauen Komponente in dem Emissionsspektrum und der Wirkungsgrad während des stabilen Leuchtens der Lampe wurden ausgewertet. Bei der Sichtauswertung gibt O an, daß die Farbreproduzierbarkeit gut war, und X gibt an, daß die grüne Farbe bemerkbar war und daß die Farbreproduzierbarkeit insgesamt nicht gut war.
*6) Hinsichtlich der langen Lebensdauer wurde ein Test der Leuchtlebensdauer bei der Leuchtbetriebsleistung X(W) durchgeführt, und das Licht wurde wiederholt 3,5 Stunden lang eingeschaltet und 0,5 Stunden lang ausgeschaltet. Die lange Lebensdauer wurde durch das Vorliegen oder die Abwesenheit von Schäden an dem Lichtbogenrohr nach 4000 Stunden bestimmt. O gibt das Fehlen von Schäden an, und X gibt das Vorliegen von Schäden an.
Wie aus Tabelle 1 hervorgeht, dehnten sich die Lichtbogenrohre bei den Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen der Probe 2 geringfügig aus, wurden aber 4000 Stunden lang nicht beschädigt. Bei den Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen der Proben 3 und 4 dehnten sich die Lichtbogenrohre bis zu 4000 Stunden lang kaum aus, und es kam selbst nach 6000 Stunden zu keinen Schäden aufgrund der Ausdehnung der Lichtbogenrohre.
Bei den Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen der Proben 2 bis 4, wie in Tabelle 1 gezeigt, konnte der Quecksilberdampfdruck während des Leuchtens auf 10 bis 35 MPa gesetzt werden, und es wurde ein Emissionsspektrum erhalten, in dem Rot, Grün und Blau ausgewogen waren. Indem X/L ≥ 88 genügt wurde, wurde außerdem eine hohe Leuchtdichte erhalten.
Wenn P bei 1, 1 oder darunter lag, wie in Probe 1, stieg die Rohrwandtemperatur der Lichtbogenrohre an, da φ relativ zu X klein war. Deshalb waren nach 4000 stunden Leuchten etwa 20% der Lampen durch die Ausdehnung der Lichtbogenrohre beschädigt. Außerdem war die Lebensdauer der Lampen etwa genauso lang wie die von herkömmlichen Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen. Wenn, wie in Probe 5, P 1,7 oder darüber betrug, bildete sich an der Wand der Lichtbogenrohre selbst beim Leuchten ein kühlster Teil aus, wo Quecksilber haftete, da φ relativ zu X groß war. Deshalb kam es zu Problemen; beispielsweise sank die Emissionsintensität.
Wenn Lampen, in denen die Halogene Cl, Br und I in dem Bereich von 10&supmin;¹&sup0; bis 10&supmin;³ Mol/cm³ in den Lichtbogenrohren 1 enthalten waren, wobei 1,2 ≤ P ≤ 1,6 genügt wurde, wie in Tabelle 1 gezeigt ist, dem Test der Leuchtlebensdauer unterzogen wurden, wurde innerhalb von 4000 Stunden Leuchten kaum eine Schwärzung beobachtet. Eine signifikante Schwärzung trat bei bis zu 6000 Stunden leuchtenden Lampen nicht auf, und insbesondere die Lampen, in denen die Halogene Cl, Br und I im Bereich 10&supmin;&sup7; bis 10&supmin;&sup5; Mol/cm³ enthalten waren, zeigten gute Ergebnisse. Dies war darauf zurückzuführen, daß während des Lampenleuchtens von den Elektroden verdampftes Wolfram zu den Elektroden zurückkehrt, ohne wegen des Halogenzyklus an der Innenwand des Lichtbogenrohrs zu haften, wodurch die Schwärzung der Innenwand des Lichtbogenrohrs verhindert wurde. Unter den Halogenen Cl, Br und I war Br beim Verhindern der Schwärzung der Innenwand des Lichtbogenrohrs am wirksamsten.
Außerdem wurden ähnliche Effekte erhalten, wenn in den Hochdruckquecksilberdampfentladungslampen in der obigen Ausführungsform eine beliebige der Verbindungen CH&sub2;Cl&sub2;, CH&sub2;I&sub2;, CH&sub3;Cl, CH&sub3;Br, CH&sub3;I, CHCl&sub3;, CHBr&sub3; und CHI&sub3; anstelle von CH&sub2;Br&sub2; verwendet wurde.
Wie in Fig. 3 gezeigt, wurden bei Integrierung des Lichtbogenrohrs der vorliegenden Erfindung als Lichtquelle in einen kommerziellen Flüssigkristallprojektor bevorzugte Ergebnisse für die Lebensdauer, die Leuchtdichte, das Emissionsspektrum und dergleichen erhalten. Bei diesem Flüssigkristallprojektor wird unter Verwendung des Lichtbogenrohrs der vorliegenden Erfindung Licht von einer Lichtquelle 7 emittiert, gebrochen und in einer konstanten Richtung durch mehrere Spiegel 8 gesammelt, um Bilder auf einem LCD 9 durch ein Prisma 10 und ein Projektionsobjektiv 11 auf einen Schirm 12 zu projizieren.

Claims

1. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe, die folgendes umfaßt:

ein Lichtbogenrohr, in dem ein Paar Elektroden vorgesehen ist und in dem ein Edelgas als Zündgas, ein Material, aus dem während des Leuchtbetriebs ein freies Halogen erzeugt werden soll, und Quecksilber enthalten sind, wobei das Lichtbogenrohr der Beziehung X/L ≥ 88 genügt, wobei X (W) die Leuchtbetriebsleistung und L (mm) eine Entfernung zwischen den Elektroden ist, wobei die Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe folgendem Ausdruck genügt:

1,2 ≤ φ/(X · 10&supmin;² + 3,2) ≤ 1,6,

wobei φ (mm) der maximale Innendurchmesserbereich des Lichtbogenrohrs von 5,3 mm-9,0 mm ist.

2. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1, wobei das Material mindestens ein Material ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus CH&sub2;Cl&sub2;, CH&sub2;Br&sub2;, CH&sub2;I&sub2;, CH&sub3;Cl, CH&sub3;Br, CH&sub3;I, CHCl&sub3;, CHBr&sub3; und CHI&sub3; ist.

253. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach Anspruch 1 oder 2, wobei das freie Halogen bei Leuchtbetrieb in dem Lichtbogenrohr im Bereich von 10&supmin;¹&sup0; bis 10&supmin;³ Mol/cm³ vorliegt.

4. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-3, wobei das freie Halogen bei Leuchtbetrieb in dem Lichtbogenrohr im Bereich von 10&supmin;&sup7; bis 10&supmin;&sup5; Mol/cm³ vorliegt.

5. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-4, wobei das freie Halogen mindestens ein freies Halogen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Cl, Br und I ist.

6. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-5, wobei das freie Halogen Br ist.

7. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-6, wobei das Edelgas Argon ist.

8. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-7, wobei die Menge an eingeschlossenem Quecksilber im Bereich von 100 bis 350 mg/cm³ auf der Basis des Volumens des Lichtbogenrohrs ist.

9. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-8, wobei der Dampfdruck des Quecksilbers beim Leuchten im Bereich 10 bis 35 MPa liegt.

10. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-9, wobei sich das Lichtbogenrohr bei einer Lichtleistung von 150 W von bis zu 4000 h nicht ausdehnt.

11. Hochdruckquecksilberdampfentladungslampe nach einem der Ansprüche 1-10, wobei es zu keinem Schaden aufgrund von Ausdehnung des Lichtbogenrohrs bei einer Lichtleistung von 150 W von bis zu 6000 h kommt.